ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

     ГОУ ВПО «Воронежский государственный  технический университет»

     Кафедра оборудования и технологии сварочного производства

     КУРСОВАЯ  РАБОТА

       по дисциплине теоретические  основы прогрессивных технологий

     Тема: «Использование вакуума в современных технологиях»

     Выполнил:

     Руководитель:

        Защищена _____________                   Оценка ______________ 
 
 
 
 
 

     Воронеж 2009

     Содержание

     Введение…………………………………………………………………3

     1. Вакуум и немного истории ………………………….……………….4

     2. Вакуум в технологиях………………………………………………..9

     2.1 Вакуумное напыление…………………………………………..…..11

     2.2 Вакуумная пайка………………………………………………..…...18

     2.3 Вакуумная сварка…………………………………………………….18

     Заключение………………………………………………………………24

     Список  литературы……………………………………………………...25

     Введение

     Необходимость всесторонней интенсификации экономики  неразрывно связана с ускорением научно-технического прогресса, важнейшими направлениями которого являются создание и освоение принципиально новой  техники и технологии, автоматизация и механизация производства. Выполнение этих задач требует, в частности, развития вакуумной техники, оказывающей определяющее влияние на создание и производство изделий электроники и все более широко используемой в других отраслях промышленности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     1. Вакуум и немного истории

     Вакуум, как его понимают в технике, —  это  сильно разреженный газ. Приборы  и устройства, в которых тем  или иным образом используется вакуум, широко применяются в самых разных областях науки и техники. Вакуум был известен еще в далекой древности.  Считается, что первые приборы для получения разреженного воздуха были созданы греческими учеными из Александрии Ктесибием (I век до н. э.) и Героном (I век н. э.). Но долгое время их приборы оставались лишь забавными игрушками — достаточно насущной потребности в вакуумной технике у человечества не возникало вплоть до начала XIX века. В Энциклопедическом словаре Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона (13 издание, 1890 г.) и Энциклопедическом словаре Гранат (11 издание, 1910 г.) вакууму отведено примерно 0,0002% объема. Доля места, выделяемая этой теме в энциклопедиях, стремительно увеличивается между 1910 и 1930 гг., достигая 0,01% в Большой Советской Энциклопедии (БСЭ, 1 издание). Далее медленно увеличивается еще в 3 раза к 1950 г. (Американская энциклопедия, 22 издание и БСЭ, 2 издание) и затем почти не изменяется вплоть до 1970 г. (Британская энциклопедия, 15 издание и БСЭ, 3 издание). Вакуум нашел свое место, «определился».

       Основной рост объема статей о вакууме в энциклопедиях, пришедшийся на первую треть нашего века, был связан с созданием электровакуумных приборов — ламп накаливания, электронных ламп, кинескопов. Умение достигать высокой степени разрежения газа позволило физикам сделать в конце XIX — начале XX века ряд открытий. Так, например, Т. А. Эдисоном в 1883 г. была открыта термоэлектронная эмиссия и после нескольких лет исследований, проводившихся разными учеными,  Ричардсоном в 1903 г. были установлены ее основные закономерности. А в 1915—1916 гг. И. Ленгмюр нашел законы, которым подчиняются взаимодействие газа с твердым телом и прохождение тока в вакууме. Именно тогда, на заре XX века, были созданы прообразы многих типов современных насосов. А. Малиньяни применил связывание в замкнутом сосуде молекул газа парами фосфора с образованием нелетучих соединений. Дж. Дьюар осуществил разрежение газа путем поглощения его активированным углем, охлаждаемым жидким азотом, В. Гедэ разработал ротационный ртутный насос и молекулярный насос, В. Гедэ, И. Лемгмюр и С А. Боровик — ртутные диффузионные насосы, К. Бэрг — паромасляный диффузионный насос. В те же годы были созданы основные типы приборов для измерения вакуума — компрессионный (Г. Мак-Леод), тепловой (М. Пирани) и ионизационный (О. Бакли) манометры. Без этих насосов и приборов, а также без развития теории вакуумных приборов не получило бы широкого распространения ни электрическое освещение, ни радио, ни телевидение. Трудно представить себе, как выглядела бы в этом случае сейчас человеческая цивилизация. Развитие вакуумной техники позволило установить к концу первой трети нашего столетия наличие трех элементарных частиц — протона, нейтрона, электрона. Вторая волна бурного развития вакуумной науки и техники была связана с созданием крупных ускорителей, установок для получения управляемого термоядерного синтеза и для имитации космического пространства. За первую треть XX века вакуумная техника прошла путь от настольных установок и небольших приборов, давление в которых составляло 0,01 атмосферного, до установок таких же размеров, но в которых достигалось давление на восемь порядков ниже атмосферного.  Во второй трети XX века был совершен переход от настольных приборов к установкам, внутри которых можно поставить не то что стол, но даже небольшой домик. За рубежом с 70-х го- годов объем производства вакуумной техники растет на 30% в год, т. е. в 5 раз быстрее, чем общий объем промышленного производства.

     Если  приглядеться повнимательнее, то в  истории развития вакуумной техники  можно выделить три основных направления: 1) улучшение вакуума (т. е. уменьшение давления газа или концентрации его молекул), 2) увеличение размеров вакуумных приборов и 3) увеличение потоков газа, удаляемого из приборов и установок. Второе и третье направления взаимосвязаны. Казалось бы, размеры сосуда влияют только на время удаления из него газа (откачку) — из большего сосуда придется откачивать дольше. Но это не совсем так. Задача достижения очень малого давления газа — получение так называемого высокого вакуума — состоит не только в том, чтобы просто удалить молекулы газа из сосуда и затем поплотнее его закупорить. Необходимо еще и уметь поддерживать в нем это сильное разрежение среды. Все мы знаем из опыта — если из банки с вареньем съесть все варенье, то бесполезно ждать, пока она наполнится сама. С вакуумом ситуация принципиально иная, и скоро мы узнаем, почему. Процесс «порчи» вакуума настолько важен, что часто говорят не о получении вакуума, а о его получении и поддержании. Потоки газа, которые поступают в установки больших размеров, обычно больше, чем в маленькие. Поэтому проблема больших установок и проблема удаления больших потоков газа часто возникают одновременно.

     Существует  много самых разных вакуумных  приборов, и поэтому многообразны задачи, которые приходится решать при создании этих приборов.

     Если  условно разделить приборы на малые и большие, а также на высоко- и низковакуумные, то получится  четыре группы приборов, каждая со своими характерными особенностями.

     Большинство людей полагают, что вакуум –  это пространство, в котором абсолютно ничего нет. Однако, как утверждают учёные, подобное просто невозможно. Они считают, что не существует такого места, где не было б вообще никакой материи: ни единой молекулы газа или частички пыли. Таким образом, вакуум в действительности является пространством, где очень мало материи. Глубокий вакуум означает почти полное её отсутствие. Однако главную роль в этой фразе играет слово «почти». Одним из наиболее простых способов получения вакуума является откачка воздуха из сосуда, в котором он создаётся. В настоящее время существуют достаточно мощные насосы, способные создавать очень глубокий вакуум, необходимый как для научных, так и для различных производственных целей. Такие насосы, например, создают вакуум в электрических лампочках при их производстве. Если б в лампочке оставался кислород, содержащийся в воздухе, то при её включении нить накаливания сгорела бы за долю секунды.

     Ва́куум (от лат. vacuum — пустота) — среда, содержащая газ при давлениях значительно ниже атмосферного. Вакуум характеризуется соотношением между длиной свободного пробега молекул газа λ и характерным размером процесса d. Под d может приниматься расстояние между стенками вакуумной камеры, диаметр вакуумного трубопровода и т.д. В зависимости от величины соотношения λ/d различают низкий (λ/d<<1), средний (λ/d~1) и высокий (λ/d>>1) вакуум.

     Следует различать понятия физического вакуума и технического вакуума.

     Технический вакуум

     На  практике сильно разреженный газ  называют техническим вакуумом. В макроскопических объёмах идеальный вакуум недостижим на практике, поскольку при конечной температуре все материалы обладают ненулевой плотностью насыщенных паров. Кроме того, многие материалы (в том числе толстые металлические, стеклянные и иные стенки сосудов) пропускают газы. В микроскопических объёмах, однако, достижение идеального вакуума в принципе возможно. Мерой степени разрежения вакуума служит длина свободного пробега молекул газа < λ > , связанной с их взаимными столкновениями в газе, и характерного линейного размера l сосуда, в котором находится газ. Строго говоря, техническим вакуумом называют газ в сосуде или трубопроводе с давлением ниже, чем в окружающей атмосфере. Согласно другому определению, когда молекулы или атомы газа перестают сталкиваться друг с другом, и газодинамические свойства сменяются вязкостными (при давлении около 1 Торр) говорят о достижении низкого вакуума(λ < < l). Обычно низковакуумный насос стоит между атмосферным воздухом и высоковакуумным насосом, создавая предварительное разрежение, поэтому низкий вакуум часто называют форвакуум. При дальнейшем понижении давления в камере, увеличивается средняя длина свободного пробега λ молекул газа. При λ > > l молекулы газа уже не сталкиваются друг с другом, а свободно перемещаются от стенки до стенки, в этом случае говорят о высоком вакууме(10^-5 Торр). Сверхвысокий вакуум соответствует давлению 10^-9 Торр и ниже. Для сравнения, давление в космосе на несколько порядков ниже, в дальнем же космосе и вовсе может достигать 10^-30 Торр и ниже. Высокий вакуум в микроскопических порах некоторых кристаллов достигается при атмосферном давлении, что связано именно с длиной свободного пробега газа.

     Аппараты, используемые для достижения и поддержания  вакуума, называются вакуумными насосами. Для поглощения газов и создания необходимой степени вакуума используются геттеры. Более широкий термин вакуумная техника включает также приборы для измерения и контроля вакуума, манипулирования предметами и проведения технологических операций в вакуумной камере, и т. д.

     Стоит отметить, что даже в идеальном  вакууме при конечной температуре всегда имеется некоторое тепловое излучение (газ фотонов). Таким образом, тело, помещённое в идеальный вакуум, рано или поздно придёт в тепловое равновесие со стенками вакуумной камеры за счёт обмена тепловыми фотонами.

     Физический вакуум

     Под физическим вакуумом в современной  физике понимают полностью лишённое вещества пространство. Даже если бы удалось  получить это состояние на практике, оно не было бы абсолютной пустотой. Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. В некоторых конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными топологическими свойствами, но не только, а также в теории могут существовать несколько различных вакуумов, различающихся плотностью энергии, и т. д.

     Некоторые из этих предсказаний теории поля уже  были успешно подтверждены экспериментом. Так, эффект Казимира и лэмбовский сдвиг  атомных уровней объясняется нулевыми колебаниями электромагнитного поля в физическом вакууме. На некоторых других представлениях о вакууме базируются современные физические теории. Например, существование нескольких вакуумных состояний (так называемых ложных вакуумов) является одним из главных основ инфляционной теории Большого взрыва.

     Но, пожалуй, самым наглядным из явлений, которые нельзя объяснить, не используя  идею о нулевых колебаниях вакуума, это спонтанное излучение. Самые  обыкновенные излучающие спонтанно  лампы накаливания не светились бы, если бы вакуум был абсолютной пустотой. Дело в том, что любой объект (а, значит, и возбужденный атом), помещенный в абсолютно пустое пространство, представляет собой замкнутую систему. А поскольку такая система стабильна во времени, то никакого излучения не происходило бы. Уже из этого простого рассуждения понятно, что объяснение спонтанного излучения требует привлечения более сложной модели вакуума, чем классическая абсолютная пустота.

     2. Вакуум в технологиях

     Вакуумные установки больших объемов  понадобились, как это ни странно, для получения высокого вакуума в установках и приборах малых объемов. По мере развития вакуумной техники стало выясняться, что выделение газов из различных материалов, из которых изготовлены отдельные детали прибора, мешает получать высокий вакуум в приборах.

     Действительно: мы удаляем молекулы газа из объема прибора, а в это время другие молекулы выделяются из деталей прибора  и попадают в объем. Но откуда берутся  газы, например, в  металлах? Они содержатся в исходных рудах и, кроме того, попадают в металлы из атмосферы во время различных  технологических процессов, связанных с нагревом, — плавки, сварки, и т. п. Казалось бы, простейший способ этого избежать — проводить в вакууме все технологические процессы,  связанные с нагревом металла. Установки для проведения  технологических процессов в вакууме называют вакуумными  технологическими установками. О таких установках и о происходящих в них процессах пойдет речь в этой главе.

     Однако  легко сказать — поместить в вакуум плавильную печь или прокатный стан! Несмотря на огромную трудность решения такой задачи, все же делались попытки создать даже целые металлургические производства в вакуумированных или наполненных инертными газами помещениях (инертные газы в металлах не растворяются или растворяются слабо). Люди в таких цехах работали в специальных скафандрах,  напоминающих космические (скафандр космонавта — тоже  вакуумный прибор!). Однако широкого распространения эти производства не получили — очень уж дорога и сложна их  организация. Но отдельные технологические процессы в вакууме  проводят. В основном это процессы, связанные с сильным  нагревом легко окисляюшихся металлов: плавка, пайка, а также сварка и резка электронным или лазерным лучом вольфрама, молибдена, тантала, ниобия и титана. Кроме того, в вакууме производят очистку металлических деталей путем сильного  нагрева или очистку металлов переплавом. При нагреве увеличивается скорость диффузии и металл быстро обезгаживается при условии, что он нагревается и плавится в вакууме или в инертном газе. Например, удаление водорода из  металла будет происходить при переплаве металла в аргоне,  хотя оно будет происходить медленнее, чем при переплаве в вакууме. При переплаве в аргоне удаление водорода идет медленнее потому, что часть уходящих из металла молекул водорода будет сталкиваться с атомами аргона и тут же возвращаться в металл, а в хорошем вакууме вероятность такого явления много меньше.

     Для проведения технологических процессов  в вакууме, как  правило, необходимо иметь очень сложные установки, содержащие, кроме насосов и вакуумметров, камеры, трубы, краны, вентили, окошки для наблюдения за ходом процесса, люки и  шлюзы для помещения в вакуумную камеру материалов и  предметов, вводы электрического тока и многое другое. И хотя вакуумные установки бывают и низко- и высоковакуумные, и большие и маленькие, у них все же есть много общих черт.  Специфика вакуумных установок для проведения «горячих» процессов состоит в том, что вакуумную камеру приходится охлаждать. Казалось бы, что плохого в том, что она нагреется — только очистится получше; газы выделятся из  металлических стенок и откачаются насосами. Однако резина — а чаще всего уплотнения (прокладки) технологических вакуумных установок выполнены из резины — не выдерживает сильного и продолжительного нагрева. Именно резиновые, а не металлические уплотнения применяют потому, что открытие и закрытие люка с резиновым уплотнением происходит во много раз быстрее, а производительность таких установок - один из главных их параметров. Иногда для упрощения конструкции охлаждают только ту часть установки, где находится резина, или вообще заменяют резину другими упругими, но более термостойкими материалами, например, витоном. 

2.1 Вакуумное  напыление

Широко используется вакуум в таком технологическом процессе, как напыление. Процесс это важный, без него не было бы — всего лишь! — всей микроэлектроники, не говоря уже о таких мелочах, как зеркала, отражатели в автомобильных фарах, елочные игрушки и многое другое.

     Пусть имеется поверхность («подложка»), на которую надо нанести некое вещество. Сделать это можно разными способами, но в технике самым распространенным и самым универсальным является способ напыления. Напыление — по смыслу слова — это нанесение на подложку мелких частиц, «пыли». Действительно, известны способы, когда на подложку  направляют поток сильно нагретых частиц порошка напыляемого вещества и эти частицы довольно прочно сцепляются с  подложкой, как бы «примерзают» к ней. Но чаще, вопреки названию, напыляют не пыль, а отдельные молекулы. Поток молекул в вакууме можно создать двумя способами. При первом («напыление в газовом разряде») зажигают  газовый разряд между подложкой и куском напыляемого вещества («мишенью»). Ионы газа бомбардируют мишень и распыляют ее. При этом атомы вещества мишени напыляются на  подложку. При другом способе («вакуумное напыление») кусок напыляемого вещества разогревают так, чтобы он быстро испарялся, при этом испаренные атомы осаждаются на  подложке. Напыление первым способом хотя и сложнее, чем вторым, но и универсальнее — таким способом может быть напылено большее количество веществ. Поэтому сфера применения напыления в газовом разряде растет быстрее, чем вакуумного, но и последнее рано сдавать в архив. Связано это, в частности, с тем, что напылением в высоком вакууме можно получать очень чистые пленки: примесь газа в них определяется отношением скорости поступления на подложку атомов напыляемого вещества и скорости молекул газа, оставшегося после откачки. В высоком вакууме молекул такого газа поступает на подложку совсем немного. Однако напылить атомы того или иного вещества — это еще не все. Надо, чтобы напыленный слой («пленка») не оторвался от подложки. Для этого подложку чистят иногда нагревом, иногда бомбардировкой ионами — все это увеличивает силу сцепления, или «адгезию».

     Причиной  отрыва пленки от подложки являются  термические напряжения. Поскольку  напыленная пленка  обычно горячее  подложки, то при остывании в пленке  возникают растягивающие напряжения, в подложке — сжимающие, а в зоне контакта — напряжения сдвига. В зависимости от того, какие напряжения раньше превзойдут предел прочности, пленка или разорвется на островки, или совсем оторвется от подложки. С подложкой при этом,  конечно, ничего не происходит: она много толще пленки и напряжения в ней (отношение силы к площади сечения) много меньше. Один из способов борьбы с этими неприятностями — напыление атомов на нагретую подложку.

     Применяется вакуум и в пищевой промышленности, и в  медицине — для сушки  и обезвоживания пищевых продуктов и лекарств (такой процесс называют лиофильной сушкой), поскольку откачка ускоряет испарение воды из продуктов.  Сушат в вакууме и обмотки электродвигателей и  трансформаторов перед пропиткой, а пропитывают их различными смолами и трансформаторным маслом для увеличения  теплопроводности. Обмотки нагреваются протекающим по ним током по всей толщине, а охлаждаются лишь с поверхности.  И чем меньше в обмотке воздуха и больше смолы или масла, тем больше ее теплопроводность и меньше разогрев. Заметим, что в данном случае вакуумирование применено для уменьшения давления, ибо именно давление воздуха не пустит масло в щели между проводами, если между ними останется воздух.

     Эта ситуация не единственная, когда откачка  применяется именно для уменьшения давления. Например, в химии откачка используется для ускорения фильтрации жидкостей: с нижней стороны фильтра воздух откачивается и жидкость продавливается через фильтр не только собственным весом, но и атмосферным давлением. Применяется откачка и в  металлургии для литья деталей, чтобы воздух, остающийся в форме, не мешал металлу поступать в нее.

     Применяется откачка и в машиностроении, и в полиграфии, например вакуумные присоски, с помощью которых можно брать по одному листы металла или бумаги из стопки.  Вакуумные присоски применяются также и в быту — вспомните мыльницу с двумя резиновыми присосками для крепления к стене. Конечно, этот «вакуум» можно назвать и скромнее — «некоторым разрежением». Разрежение есть и в медицинских банках, которые ставят на спину при простудных заболеваниях.

     Газ растворен в металле? Разумеется, такого не может быть... Разве что в твердом теле имеются поры, а в них — газ?.. Но отдельные молекулы какого-либо газа, вкрапленные в твердое тело, вряд ли можно называть газом ведь газ — это не просто некоторое количество определенных молекул, это определенное агрегатное состояние того или иного вещества, которое должно подчиняться «газовым законам». А молекулы веществ, являющихся при нормальных условиях газами, попав в твердое тело, этим законам 

     подчиняться перестают. Тем не менее, их называют «газ, растворенный в металле», и  если эти молекулы выделяются обратно из твердого тела, то они снова представляют собой газ. Таким образом, при определенных условиях из твердых веществ могут выделяться молекулы различных газов. Это обстоятельство крайне нежелательно при работе вакуумной техники. Мало приятного, когда в откачиваемый объем из стенок камеры выделяются все новые и новые порции молекул газа. А без твердого тела при получении вакуума не обойтись, поскольку, чтобы получить вакуум, надо отделить откачиваемый газ от атмосферы. И лучше всего это можно сделать именно  твердыми стенками. Единственный случай, когда в таких стенках нет необходимости, — это при откачке всей атмосферы сразу.  Рассмотрим  проблему твердых (например, металлических) стенок, отделяющих вакуум от атмосферы. Из этих стенок выделяются и попадают в вакуум молекулы газов, и, как мы уже знаем, этот процесс мешает получать высокий вакуум.  От чего зависит его скорость? Сначала — от скорости отрыва молекул газа от поверхности металла (этот процесс называется десорбцией). По мере того как все больше и больше молекул газа из поверхностного слоя металла уходит в вакуум, поток газа уменьшается, так как молекулам приходится «пробираться» к поверхности через все более толстый слой металла.  Наконец, поток газа начинает ограничиваться (лимитироваться) скоростью диффузии.

     Понятие лимитирования многостадийного  процесса какой- то одной стадией  очень важно для физики вообще, так как практически любой  процесс многостадиен. Общая скорость протекания процесса или количество объектов  «проследовавших» по всему процессу, определяется обычно какой-то одной стадией. Пока молекул газа в металле много,  лимитирующей стадией является десорбция. Когда молекул газа становится мало, диффундирующий поток уменьшается, и тогда уже определяющей стадией становится диффузия.  Из чего делают «стенки» для вакуума? В вакуумной  технике в основном применяют металлы, керамику, стекло, реже пластмассы. Еще реже — слюду и некоторые лаки.  Вакуумные требования к материалам просты и понятны: они не должны портить вакуум, т. е. должны слабо испаряться сами и содержать мало выделяющихся в вакуум примесей.

     Основные  «неприятные» примеси — это находящиеся  в твердых материалах газы. Правда, легко испаряться могут не только газы, но и сами металлы. Например, быстро испаряются цинк и кадмий. При температуре всего лишь 200 °С цинк испаряется со скоростью 1 мкм/ч, а кадмий — 30 мкм/ч. При нагреве до 300 °С скорости испарения цинка и кадмия  увеличиваются в 300 раз. Поэтому латунь, кадмированное или оцинкованное железо применять для деталей, работающих в вакууме, нельзя. При относительно слабом нагреве на всех соседних поверхностях образуется серый налет цинка или кадмия. Однако летучие металлические примеси — явление редкое, и его можно избежать, всего лишь навсего используя металл, не  содержащий этих примесей. А вот от газовых примесей избавиться много труднее. Они попадают в металл и из исходной руды, и на некоторых стадиях изготовления.

     Чем определяется концентрация газа, растворенного в  металле? На этот вопрос существуют два ответа —  термодинамический и микроскопический. Первый краток, второй интересен. Ситуация похожа на ту, которая имеется в механике — законы сохранения дают простое решение задачи, но узнать, как именно протекает процесс, можно только с помощью законов динамики.

     Термодинамический ответ: газы растворяются в металле, потому что это энергетически  выгодно. Микроскопический ответ: вокруг металла имеются  молекулы газа и  существует, следовательно, поток этих молекул, попадающий на поверхность  металла. Молекула, оказавшаяся на поверхности металла, с некоторой вероятностью попадает внутрь металла. Поток в металл зависит от концентрации газа над поверхностью металла, от температуры газа (растет с увеличением температуры) и от химических свойств газа и металла, участвующих в процессе.

     Если  в металле есть примесь газа, то будет существовать и поток газа из металла наружу, зависящий от температуры металла, от того, какой  металл и какой газ, и от концентрации газа в металле. При некоторой  концентрации газа в металле потоки из металла и в металл станут равными.

     Заметим, что при примитивном анализе  эти два подхода отвечают на разные вопросы. Например, зависимость  предельной растворимости от давления легче  получить из второго подхода (микроскопического). Конечно, законы природы  неизменны, и любой правильный подход должен давать  правильный ответ. Но усилия, затраченные на получение правильного ответа, различны при использовании разных подходов.  Итак, газ растворился в горячем металле. Что дальше?

     Металл  охлаждается, и если растворимость газа при охлаждении убывает, то газу надо куда-то деваться. Продиффундировать до поверхности и вернуться в атмосферу он не успеет, и поэтому газ собирается в виде пузырьков около дефектов кристаллической решетки или границ зерен. Выделяясь в зоне границы, газ образует химические соединения с основным металлом — окислы, нитриды и т. д. При нагреве атомы газа растворяются в металле. Например, если титан нагреть на воздухе, он окислится и станет цветным. Цвет появляется из-за интерференции света в тонкой пленке окисла. В зависимости от толщины пленки ее цвета могут быть разными . Если потом нагреть металл в вакууме примерно до 1000 К, он очистится, хотя эта температура для испарения окиси титана будет недостаточна. Тогда куда же девается пленка? Распадется на титан и кислород, а кислород растворится в металле.

     Насосы  и вакуумметры, которые применяются  в технологических установках, использующих невысокий вакуум, не имеют качественных отличий от рассмотренных выше. Основное отличие количественное — насосы должны обеспечивать удаление больших потоков газа, поступающих от нагретых материалов, т. е. иметь высокую скорость откачки. Достигается это, как правило, увеличением  габаритов и потребляемой мощности. Если насосы для откачки электровакуумных приборов имеют размеры, грубо говоря, от посылочного ящика до стола, то насосы для откачки технологических установок бывают размерами и со шкаф, и с комнату.

     Однако  недостаточно иметь вакуумный насос  и вакуумметр, чтобы получить работающую вакуумную установку.

     Действительно, водопроводная сеть состоит не только из скважины в земле и манометра, измеряющего давление. С трубами  и кранами связано в нашей  жизни множество проблем. И в  вакуумной технике, кроме насосов  и вакуумметров, есть то, что называется «вакуумная арматура». Это камеры, трубы - соединяющие насосы и камеры, краны и вентили (трубы эти надо открывать и закрывать), разъемные и неразъемные соединения (элементы вакуумных систем надо соединять и разъединять), шлюзы и люки (в камеры надо что-то класть и что-то оттуда вынимать), вводы движения (в камерах часто надо что-то передвигать), вводы электроэнергии и окошки. Вакуумная арматура — составная часть всех вакуумных установок, больших и маленьких, низковакуумных и высоковакуумных.  Конечно, в установках разных классов вакуумная арматура имеет свои особенности. Вся вакуумная арматура (как, впрочем, и вакуумные насосы) делается из большого количества разных материалов. Поэтому возникает проблема вакуумно-плотного (не пропускающего газы) соединения разных материалов. Например, вакуумную камеру надо сварить из металлических листов. Это и есть первый пример неразъемного соединения. Вакуумная сварка отличается от прочей тем, что шов не должен выделять газы и не должен пропускать газы из атмосферы. Собственно говоря, при любой сварке имеется в виду, что сваренный материал без дефектов, но для вакуумной аппаратуры  требования более жесткие. Поэтому обычно применяется сварка электрической дугой, горящей в струе аргона, и сварка электронным лучом в вакууме. При таких видах сварки в  металле растворяется меньше газов.

     2.2 Вакуумная пайка

     Применяется также и пайка.  Конечно, вакуумно-плотная  пайка сложнее, но основная проблема пайки — как сделать, чтобы  припой смачивал материал, — остается прежней. Иногда для улучшения смачиваемости  приходится применять гальванические покрытия — например, стали, содержащие хром и предварительно покрывают никелем, чтобы окись хрома не мешала припою смачивать металл.  Пайкой удается соединять металлы, которые не свариваются, и понятно, почему — пайка ведь не соединяет металл А и  металл В — она соединяет металл А с металлом С (припоем) и металл В с металлом С. Важно правильно выбрать припой.  Но пайка сложнее и дороже. Реальная ситуация такова: при изготовлении вакуумной аппаратуры, когда есть возможность выбирать материал, сварка применяется шире, в частности, потому, что при возможности выбираются те материалы, которые хорошо свариваются. Основной материал  вакуумных систем — стали, содержащие хром и никель, — хорошо свариваются и плохо паяются. Пайка шире применяется при производстве электронных приборов, ибо позволяет соединять большее количество разных металлов, детали сложной формы, с толстыми и тонкими стенками, массивные металлические детали с тонкими фольгами и даже с металлическими пленками, нанесенными на диэлектрики, — все то, что сваривать трудно или невозможно. Вакуумно-плотная пайка чаще всего  производится при нагреве деталей в печах, а большую деталь вакуумной аппаратуры в печь не засунешь, зато маленькие детали электронного прибора можно помещать в печь по многу сразу, что удешевляет процесс и увеличивает его производительность.